呼吸道黏液层是抵御污染物或病原体侵入的天然防线。然而，黏液层也对呼吸道药物及吸入式疫苗的高效输送造成障碍，同时，黏液微环境在不同生理和病理条件下的变化也对药物递送提出了新的挑战。因此，探究纳米颗粒表面性质和黏液微环境依赖的穿黏机制，设计具有黏液穿透能力的纳米载体颗粒，实现活性成分的高效靶向递送和运输对吸入式疫苗及药物载体的设计具有重要意义。

近日，大连理工大学化工学院孙冰冰教授课题组构建并使用多粒子追踪（MPT）技术，从多个维度研究纳米颗粒表面性质和呼吸道黏液微环境依赖的穿黏行为（图1）。

图1.纳米颗粒表面性质和黏液pH微环境依赖的呼吸道黏液穿透

研究发现，氨基、羧基和聚乙二醇修饰的纳米颗粒均展现出修饰密度依赖的穿黏性质，在等密度修饰条件下，氨基和聚乙二醇修饰的纳米颗粒分别展现出pH无关的黏液黏附和穿透行为，而羧基修饰的纳米颗粒仅在碱性环境促进穿黏。研究进一步从黏液宏观流变和微观结构变化、纳米颗粒表面性质、颗粒与蛋白相互作用三个方面，借助生物物理的表征技术，结合分析纳米颗粒与黏蛋白相互作用的热力学参数，从分子角度揭示了穿黏机制（图2）。氨基和羧基表面通过静电相互作用和氢键作用与黏蛋白交互，而高密度聚乙二醇修饰能够在颗粒表面形成致密的“刷状层”结构屏蔽核心暴露从而实现穿黏运动。研究使用了化学工程、材料学、免疫学等多学科的理论基础和研究方法，为吸入式药物载体或疫苗佐剂的设计和开发（Biomaterials, 2022, 288, 121733）提供了理论依据和新的思路。

图2.纳米颗粒黏液穿透机制示意图

以上研究成果发表在“ACS Nano”上（10.1021/acsnano.2c11147），第一作者是大连理工大学化工学院博士研究生郭翌阳，通讯作者为大连理工大学精细化工国家重点实验室及化学工程系孙冰冰教授。以上研究项目得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、辽宁省“兴辽英才计划”青年拔尖人才、大连市科技创新基金重点学科重大课题和中央高校基本科研业务费专项资金的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.2c11147